生物廊道在生物多样性保护中的应用

生物廊道在生物多样性保护中的应用

生物走廊的起源是近代以来人们生态保护意识的提高和环境保护措施的广泛实施。生物廊道受到广泛关注说明人类已经从“征服自然”转向思考该如何有效地保护自然。当今人为活动导致的生境破碎化影响了野生动物的移动与扩散,最终导致物种灭绝几率增加。当我们思考怎样才能减缓物种灭绝时,生物廊道的提出为野生动物的保护提供了新的思路。1生物廊道的概念生物廊道是具有一定宽度的条带状区域,除具有廊道的一般特点和功能外,还具有很多生态服务功能,能促进廊道内动植物沿廊道迁徙,达到连接破碎生境、防止种群隔离和保护生物多样性的目的。Merriam认为生物廊道是在结构上不同于周围植被的狭窄的植被带,功能上则把曾经连为一体但因破碎化而产生的2个或多个植被斑块连接起来,有利于动植物在这些植被斑块之间运动,增强隔离种群的连接度。我国林业行业标准《自然保护区名词术语》中将生物廊道定义为“连接破碎化生境并适宜生物生活、移动或扩散的通道”。根据生物廊道的建设尺度以及廊道的内部组成等因素,生物廊道又可分为生境走廊(habitatcorridor)和生物通道(wildlifecrossing)2种类型。通常生境走廊的长度和范围要比生物通道大得多,生物通道主要针对野生动物活动过程中的公路、铁路、水渠等大型人为建筑所设置,有路上式、路下式、涉水涵洞和高架桥等形式。生境走廊的组成比生物通道复杂,它一般要具有适宜的内部生境,供利用它的动物在其中生活、移动或扩散,允许物种进行长距离迁移和适应随时发生的外界环境变化(如火灾、气候变化等)。在过去的一个世纪中,世界各国通过建立自然保护区保护濒危物种及其栖息地,取得了较好效果。但是在很多保护区被彼此分隔的情形下,单纯保护区模式无法达到维护保护区生物多样性的目的,针对这一现象提出的“生物廊道”的概念,主张通过走廊的形式把若干个保护区和野生动物连接起来,减少不利的“孤岛”效应,并逐渐成为传统濒危物种保护模式的重要补充。1980年世界自然保护联盟在全球保护策略中采纳了生物廊道的观点,随后被美国和欧洲的政府和非政府组织广泛接受。中国虽只是在近几年才提出“生物廊道”的保护模式,但进行了很多有益的研究和探索。2廊道网络属性生物廊道的属性有几何属性、物理属性、生物学属性、结构属性、功能属性,单一廊道属性、廊道网络属性等,具体表现为位置、形状、数量、宽度、连接度、数目、形状、内部构成等指标。这些指标将决定生物廊道的质量,对于生物廊道能否发挥其应有的功能有直接的关系。2.1生物廊道的位置和形状生物廊道的位置取决于地形地貌、植被特征和动物的行为规律等。确定位置,首先要弄清动物的行为规律,然后调查生物廊道周围基质的土地利用方式。生物廊道是与周围基质发生联系的,周围基质对生物廊道的功能至关重要的,因此需要弄清楚基质的植被覆盖度、生境转化、植被类型的不可取代性、区域生境网络的保护现状和土地利用的潜在压力等相关问题。最后根据廊道所联接的生境斑块的位置来最终确定生物廊道的位置。目前很多规划设计认为,生物廊道绝对有利于扩散,而景观基质则绝对阻碍生物的扩散,同时还忽视了不同物种间的差异以及空间尺度,把保护对象局限在特定地域和景观中,对生物廊道所处的基质部分研究很少,而恰恰是这部分基质对物种的空间运动起着很重要的作用。生态学家目前对斑块内的物种在景观中是沿直线、曲线、还是随机迁移知之甚少。对廊道形状的研究需要对特定物种进行长期的定位观测。林柳等曾报道西双版纳尚勇保护区及周边地区的一条亚洲象自己开辟的廊道呈“S”形,为两端宽中间窄。2.2生物廊道宽度宽度特征对于生物廊道生态功能的发挥有重要意义,它直接影响着物种沿廊道和穿越廊道的迁移效率。一般认为廊道越宽越好,窄廊道易对敏感生物种的迁移产生影响,并影响廊道对有害物种和污染物的过滤。随着宽度的增加,多数物种可沿廊道迁移,环境异质性会增加,边缘种和内部种都随之增加。但过宽的廊道会增加生物在廊道两侧内部的运动,降低生物到达目的地的效率,且由于需要更多的土地而增加与土地所有者的利益冲突。Andreassen等对田鼠的研究得出,中等宽度(1m)的迁移率最高,最大宽度(3m)的迁移率却最低,宽的廊道不一定就比窄的廊道效果好。宽度对物种数量的影响效应是不一致的。当宽度较小时,廊道宽度对物种数量影响较小,甚至可以说没有影响。当达到一定宽度阈值后,宽度效应才会明显地表现出来。生物廊道宽度还存在边缘效应,针对于不同的生态过程边缘有不同的响应宽度,从数十米到数百米不等。边缘效应虽然不能被消除,但是却可以通过增加廊道的宽度来减小。生物廊道宽度应根据规划目的和区域的具体情况来确定,如进行保护区设计要针对不同的保护对象,仔细分析保护对象的生物、生态习性。从不同学者对生物廊道宽度值的研究也可看出,每个结果都是针对不同的保护对象和研究目标得出的,反映的都是相应条件下的宽度值。林柳等调查发现,某亚洲象廊道最窄处为0.66km。Newbold等认为廊道宽度在9～12m可以保护无脊椎动物种群。Rohling在研究廊道宽度与生物多样性保护的关系中指出,廊道的宽度在46～152m较为合适。研究还表明,对于鸟类而言,10m或数十米的宽度即可满足其迁徙要求;对于较大型的哺乳动物而言,其正常迁徙所需要的廊道宽度需要几公里甚至是几十公里。有时即使对于同一物种,由于季节和环境的不同,所需要的廊道宽度也有较大的差别。当考虑所有物种的运动时,或者当对于目标物种的生物学属性知之甚少时,又或者希望供动物迁移的廊道能够运行数十年之久时,合适的廊道宽度应该用公里来衡量。在缺乏对实地进行详细研究的情况下,只能结合实际情况并根据相似案例确定较适宜的宽度值。2.3生物廊道与连接度连通性指生物廊道在空间上如何连接,而连接度是定量描述不同生物群体单元或生物栖息地之间在生态过程上的联系。连通性是生物廊道结构的量度指标,不同于连接度所界定的功能指标。连通性高,连接度不一定高,反之,连通性低,连接度也不一定小。因为不同物种有其特定的行为习性、生态适应性和相关尺度,因此连接度的界定要和具体物种的具体效应联系起来。生物廊道作为连接度的一种外在表现方式,和连接度没有直接联系,具有不同形态和结构的生物廊道可以有相同的连接度;斑块之间有廊道存在,其连接度也许为零;在较大程度上连接度和具体的生态过程、研究目的或廊道的组成、宽度、形状和质量有关。对于生物群体而言,连接度只有一种含义,当连接度较大时,生物群体在廊道中迁徙、觅食、交换、繁殖和生存比较容易,受到的阻力较小,物种丰富度较大;当连接度较小时,生物群体在廊道中迁徙、交换和觅食将受到更多的限制,运动的阻力较大,生存困难。M.Holyoak曾详细阐述了连通性和连接度的关系,指出廊道连接度的衡量与廊道所连接的区域类型、廊道长度、宽度、内部生境情况、以及所研究的物种有关,需要大量的数据以及长期的监测,同一廊道对于不同物种的连接度不同。道路通常是影响生物廊道连接度的重要因素,生物廊道上退化或受到破坏的片段也是降低连接度的因素。规划与设计中的一项重要工作就是通过各种手段增加连接度。对此我们可以通过设立关键点或踏脚石(steppingstone)的方式来解决。关键点或踏脚石一般是廊道中受到人类干扰以及将来的人类活动可能会对自然系统产生重大破坏的地点,有很多属于物种的潜在分布区,将这些区域划入生物廊道将大大改善生物廊道的生境质量,同时节省成本,对森林和野生动物类型的自然保护区来说尤为重要。2.4生境和物种之间的关系生物廊道的内部构成是指生物廊道的各组成要素及其配置。生物廊道的功能发挥与其构成要素有着重要关系。构成可以分为物种和生境两个层次。生物廊道不仅应该由乡土植物组成,而且应该具有层次丰富的群落。此外,生物廊道内应该包括尽可能多的环境梯度,并与其相邻的生物栖息地相连。而连接保护区的生物廊道除了由乡土植物种类组成,还要与作为保护对象的残遗斑块相近似。2.5生物廊道与栖息地生物廊道的生态功能有很多,本文主要讲述其在生物多样性保护方面的作用。生物多样性保护经历了濒危物种的个体保护→种群保护→种群与生境结合的个别生态系统保护→生态系统群的保护→局域自然保护区群网保护的发展道路。在相对孤立的栖息地斑块之间建立合理的生物廊道,增加景观的连通性,可以为物种的交流和贮存提供渠道,提高物种和基因的交流速率和频率,增强种群的抗干扰能力和稳定性;还给缺乏空间扩散能力的物种提供一个连续的栖息地网络,以增加物种重新迁入的机会,进而将孤立的栖息地斑块与大型的种源栖息地相联接。许多实地观察也证实了生物廊道的这一功能。MacClintock等通过对2片林地鸟类数量的研究最早发现,有廊道连接的林地比没有廊道连接的林地具有更多的森林鸟类。Theuerkauf和Rouys研究直翅目昆虫对草地的利用发现,廊道为昆虫的运动提供了资源和栖息地,部分昆虫利用廊道作为短期停留的生境。Constantine等指出,生物廊道对小型哺乳动物群落的多样性产生积极的影响。Kupfer以植物为研究对象,发现具有廊道连接的斑块有利于树种跨景观范围的运动,尤其是那些借助于重力散布的树种。但也有研究证明,连接破碎斑块的生物廊道对动物的扩散运动并没有预期的效果。用生物廊道连接破碎化斑块,以便通过改善栖息地质量来提高目标物种的生存率,这种假设还是需要验证的。如Ockinger和Smith研究发现,生物廊道只影响动物的短距离运动,对长距离运动无效。也有研究表明,生物廊道的建立有时会促进“有害生物”的扩散,增加入侵速率,反而对该物种起不到保护作用。Simberloff和Corx也认为,廊道同样能够加速一些疾病、外来捕食者和其他一些干扰的扩散,从而给目标种的生存或散布带来不利的影响。此外,生物廊道也可能会引导目标物种的个体远离生境斑块,进入边缘效应占优势的廊道中,遭受更严重的伤亡和被捕食。另外,对于适合于某种物种的廊道,在生态功能上是否也适合于其他生物种生存还值得探讨。Matthew认为,生物廊道在大尺度上可以减缓种群灭绝,但建设生物廊道并不是保护生物多样性的唯一方法。3加拿大班夫国家公园生物廊道生物廊道在生物多样性保护方面有成功的实践。著名的中美洲生态大走廊(MBC)自建成至今22年对当地的生物多样性保护起了很大作用。加拿大的班夫国家公园为了增强栖息地的连通,减少动物的道路死亡率而建设的生物通道也取得了很好的效果。我国近年来也开始重视生物廊道的应用。我国林业行业标准《自然保护区功能区划技术规程》中明确规定:“当一个自然保护区存在2个或2个以上核心区时,核心区间应划建生物廊道,……,相邻的自然保护区如有必要,可在自然保护区间划建生物廊道。”3.1生物廊道的合理设计以前,我国自然保护区一般只划分核心区、缓冲区和实验区,没有规定生物廊道的划建条件。由于道路、村庄、农田、水渠等人工构筑物的分割,很多自然保护区有2个或2个以上的核心区,野生动物的迁移受到严重影响,生物廊道建设刻不容缓。但目前国内自然保护区生物廊道建设缺乏实际运用的经典实例,大多数报导模糊不清。针对目前我国绝大多数自然保护区的实际情况,我们能否用廊道连接这些破碎生境,怎样连接,在什么地方设廊道才具有高效性,孤立的保护区连接后对其中的生物多样性将产生什么影响等问题还需要作大量的理论和实际工作。林柳等通过3S技术在西双版纳自然保护区4个子保护区之间规划了生物走廊带,为今后保护区扩建和生物廊道建设提供了决策依据。甘宏协等在西双版纳州境内以野牛为对象,对在2个自然保护区之间建设生物廊道进行了一些有益的探讨。陈利顶等对卧龙自然保护区公路的动物通道设置进行了研究,并提出了考虑累计和时滞效应、通道尺寸因地制宜、景观角度选址和确保通道的可持续效应等7条生物通道设计原则。云南思茅至西双版纳小勐养的思小高速在穿过勐养保护区的路段首创野象专用通道,为国内第一条生态高速。在青藏铁路的建设中,我国设计者也充分考虑了藏羚羊的迁徙通道,充分考虑了不同地段分布的野生动物种类、生活习性、以及地形和地貌因素。在相互隔离的栖息地之间建立生物廊道,维持景观的完整性是物种保护的一个重要内容,而利用核心栖息地之间的线状野生动物分布斑块来规划并建立生物廊道是最佳的选择之一。3.2设立生物通道的必要性城市建设中的公路、铁路往往会对部分陆生动物的活动区域、迁徙路径、栖食区域、觅食范围等产生一定的限制,因此生物通道的建设对生物多样性保护有很大的帮助,应该得到广泛重视。美国是较早开展交通设施对野生动物影响研究的国家,并将研究成果用于高速公路建设中,目前在佛罗里达、科罗拉多等州的高速公路仍进行着长期的监测和影响评价。这些研究详尽阐述了当地动物种群、影响程度、减轻影响的措施及实施手段等。荷兰在高速公路建设中对补偿动物生境影响的研究十分深入,并在荷兰A-50高速公路上长期实施。我国近几年也在道路建设过程中充分考虑了保护的问题。如2004年12月通车的河南驻马店至信阳高速公路设置了数个专用生物走廊,这在国内是首次基于野生动物角度专门设置动物走廊的高速公路。在建的济(河南济源市)晋(山西晋城市)高速公路通过架桥、修隧道洞的方式为猕猴设置了通道。在建的海口绕城高速公路首次引入生物通道,以方便道路两边的陆生动物安全穿越公路,在公路每公里距离设2～3处下穿涵洞,其中包括大型涵洞和小型涵洞,密度之大是国内首见。北京奥林匹克森林公园更是充分利用了生物廊道,设计了一座生态天桥,将被五环路隔开的森林公园南区和北区连接起来,成为园区一条独到的风景线。4生物廊道的设计原则生物廊道不应是仅仅让生物穿过即可的“生物行走通道”,而是要把因破碎化而隔离的生境斑块或者自然保护区永久性地连接起来。通过前面的论述,我们可以发现生物廊道的研究和应用目前还存在不少问题。生物廊道的成功建设需要综合考虑各种因素,需要以长期的科研监测为依据,周期长、投资大,效果短期内无法预期。我国林业行业标准——《自然保护区功能区划技术规程》中明文规定,要根据主要保护对象的种类、数量、分布和迁移或洄游规律以及生境需求,确定生物廊道的空间位置、数量、长度、宽度和高度。因此,在进行生物走廊设计时,应该考虑保护区内濒于灭绝的物种的离散、季节性迁移、避难习性及其对生境的需求和适应新环境的习性等相关问题,切忌流于形式上的模仿,必须仰赖长期的环境监测资料。事实上,许多成功案例的背后,都是因为有严谨的调查研究作为支撑才能提出完整的配套措施。比较成功的美国I-70州际公路投注了10余年的时间、千万美元的财力耗资,进行了23项研究的长期观测后,才提出了相关的规划设计方案;同时为了避免与现场的实际情形产生落差,部分施工期程与细部设计重叠,以边施工边依